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Automação Industrial
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Ouro Preto, 2009
Monografia apresentada como um dos requisitos para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Controle e Automação.
À minha tia Glória, aos meus pais e irmãos que, com muito carinho e apoio, não mediram esforços para que eu chegasse até esta etapa de minha vida, e sem eles esta conquista não seria possível.
À professora e orientadora Karla Pimenta por seu apoio e inspiração no amadurecimento dos meus conhecimentos e conceitos que me levaram a execução e conclusão desta monografia.
A todos os professores e funcionários da UFOP, que foram tão importantes na minha vida acadêmica.
Aos amigos pelo constante companheirismo nos árduos momentos de dúvida e desespero, tanto nos agradáveis momentos de distração.
Ao Luiz da Mata pelo conhecimento técnico e pelo empréstimo dos equipamentos utilizados durante este trabalho.
A todas as repúblicas, botecos e rocks que apenas Ouro Preto pode proporcionar.
À inesquecível e gloriosa Escola de Minas.
“Às vezes... boas decisões são comprometidas por más respostas emocionais.” Benjamin Linus (LOST)
The advent of industrial networks caused major changes in industrial processes. The constant developments of industrial automation has made possible more dynamic processes. The possibility to acquire large amounts of information from real-time processes, together with the versatility and ease of maintenance, make essential to use of industrial networks in the more several industrial sectors. The electric motors represent one significant portion between the more used industrial devices, and they require a drive system that is safe and easy operation and maintenance. From this need appear the MCC, accountable for triggering and maneuver of electric motors. In This work been presented one Ladder programming for a relay E3-Plus installed in a drawer for IMCC, and configured a DeviceNet network responsible for communication of relay with the PLC. The program implemented is responsable for turn on one output from the relay, and read some values provided as: phase current, earth fault, failure of communication, etc. They also exposed the physical and operational differences between a MCC and a IMCC.
KEY-WORDS: CLP, Industrial Networks, DeviceNet, Electric Motors, MCC, IMCC, Ladder.
Tabela 5.1 – Velocidade Máxima de Tráfego em Relação ao Comprimento do Cabo.. 25 Tabela 5.2 - Esquema de cores dos cabos DeviceNet. ................................................... 27 Tabela 7.1 – Comparação Entre Diagramas Booleano, Relé e Ladder. ......................... 39 Tabela 7.2 – Representação de Contatos NA e NF em Situações Diversas. .................. 40 Tabela 8.1 - Montagem da Instância de Objeto 101. Tabela 8.2 - Montagem da Instância de Objeto 103. ...................................................... 53...................................................... 54 Tabela 8.3 - Montagem da Instância de Objeto 100. ...................................................... 54
1.1 – Justificativas
No atual cenário industrial, o emprego de sistemas automatizados, é imprescindível para as empresas que almejam alcançar destaque industrial, redução no preço de produção e melhor qualidade de produto.
Várias foram às evoluções dos sistemas de automação industrial desde seus primórdios, e dentre estas, o Controlador Lógico Programáveis detêm grande importância. Por meio dos CLP, significativas melhorias surgiram no cenário da automação. Por tratar-se de um dispositivo extremamente versátil, robusto, e pode ser adotado nos mais divergentes e exigentes processos encontrados pela indústria atual.
A integração das etapas que envolvem os processos produtivos vem sendo cada vez mais buscada nos diversos segmentos industriais. A instalação e manutenção de sistemas de transmissão de dados convencionais implicam em altos custos, principalmente quando se deseja ampliar instalações preexistentes. Para tanto, são requeridas grandes somas para elaboração de projetos e compra de equipamentos. Buscando minimização de custos e aumento da operabilidade das aplicações, introduziu-se o conceito de redes industriais para interligar os vários equipamentos de uma planta de forma eficiente e possibilitar a expansão destas instalações de forma simplificada.
Com o emprego destas tecnologias foi possível uma melhoria no sistema de acionamento de motores através dos Centros de Comando de Motores. Com a utilização de relés inteligentes conectados através de redes industriais, é possível obter grande quantidade de informações proveniente dos motores instalados em campo, bem como prover o controle de cada motor.
Usando estes conceitos foi desenvolvido um programa para comandar e monitorar uma gaveta de um CCMI. Utilizando-se um relé Allen-Bradley E3-plus conectado através da rede DeviceNet a um CLP Allen-Bradley FlexLogix 5434.
1.2 – Metodologia
Inicialmente, foi feito um levantamento bibliográfico a respeito de Controladores Programáveis, Redes Industriais, principalmente sobre a rede DeviceNet, e um estudo sobre CCM.
Foi proposta a programação de um relé de estado-sólido E3-Plus instalado numa gaveta de um CCMI, o relé comunica-se pela rede DeviceNet com o CLP. O programa consiste no que seria o acionamento de um motor de corrente alternada, e na coleta de dados oriundos do relé e status da rede DeviceNet.
Um motor elétrico é uma maquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica. O aparecimento do motor elétrico foi possível a partir de 1800, quando Alessandro Volta construiu a primeira bateria elétrica. Em 1820 o cientista inglês Michael Faraday descobriu o principio do motor elétrico, ao fazer experiências com bobinas energizadas e imãs. Por volta de 1830, o motor elétrico foi aperfeiçoado do ponto de vista prático, tendo o primeiro motor sido construído por Thomas Davenport em 1835. Eram motores muito rudimentares que consumiam rapidamente a bateria. O uso de motores elétricos ficou dependente da possibilidade de se ter energia elétrica de forma permanente. Isso só foi possível com a invenção do dínamo elétrico em 1873, pelo cientista belga Zénobe Gramme. O dínamo transforma a energia mecânica em energia elétrica, que pode ser usada pelo rotor para novamente gerar energia mecânica. A partir de 1880, com a instalação de cabos elétricos em fábricas, escritórios e habitações, a eletricidade estava à mão, e podia ser usada para acionar pequenos motores elétricos.
Os motores elétricos são muito usados na indústria e são, sem duvida, os mais usados de todos os tipos de motores, principalmente devido ao fato de:
Os motores elétricos utilizados são de dois tipos:
De acordo com Pires (2002), os motores de corrente continua eram os mais populares até muito pouco tempo, principalmente até ao aparecimento e generalização de variadores de velocidade eletrônicos, que facilitariam o controle de motores de corrente alternada. Isso a par do desenvolvimento construtivo dos motores de indução, permitiu que rapidamente se invertesse a situação, principalmente por que:
do campo girante do estator, havendo, por isso, uma diferença (denominada deslizamento) que justifica a denominação de motor assíncrono.
3.1.2 – Motor Síncrono
Neste caso, os enrolamentos do rotor são alimentados por meio de escovas, o que permite um contato permanente e, em conseqüência, os campos girantes no rotor e no estator rodam no mesmo ritmo, de onde resulta que o rotor roda à mesma velocidade do campo girante no estator. Os campos estão sincronizados, o que justifica o nome de motor síncrono.
3.2 – Motores Mais Utilizados na Indústria
O motor de indução polifásico assíncrono é o tipo mais utilizado, tanto na indústria como em ambiente doméstico, devido ao fato da maioria dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica serem trifásicos de corrente alternada.
Consideram-se dois tipos de motores polifásicos: motor com rotor em gaiola de esquilo, e motor com rotor bobinado.
3.2.1 – Motor com rotor em gaiola de esquilo
Por se tratar de um motor mais econômico em relação aos motores monofásicos, seja ao nível de construção ou utilização, capaz de possuir enorme adaptabilidade ao ambientes mais agressivos, é o motor mais utilizado na indústria. Se escolhido adequadamente seu
método de arranque, possui um vasto campo de aplicações, o que se traduz numa grande versatilidade. Resume-se em um motor robusto, barato, de rápida produção e ligação à rede. A principal desvantagem refere-se ao fato do reduzido conjugado de partida, em relação à corrente absorvida pelo estator. Trata-se de um motor de velocidade praticamente constante. Sendo o mais utilizado para acionamento de bombas, ventiladores e compressores.
2Figura 3.1 – Constituição de um Motor Elétrico de CA Rotor Gaiola de Esquilo. Fonte: PIRES, 2005
3.2.2 – Motor de rotor bobinado
O motor de rotor bobinado consiste em um motor capaz de fornecer elevado conjugado de partida. O motor de rotor bobinado substitui o de rotor em gaiola de esquilo em potencias muito elevadas, devido ao abaixamento da corrente de partida permitida pela configuração do rotor. Apesar de poderem ser utilizados em casos de velocidades constantes de serviço, este motor é empregado para aplicações em que as velocidade de serviço são variáveis. Geralmente, este motor tem sido utilizado para vencer cargas de
